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      喜報丨我院科研成果又登《Nature》子刊!
      發布日期:2024-01-24    作者:    來源:    點擊量:601   分享到:

      近日,我院又在國際頂級學術期刊《自然-通訊》(Nature Communications)上發表題為《蛭石異質納米通道膜在實際高鹽體系中的滲透能回收》(“Unlocking Osmotic Energy Harvesting Potential in Challenging Real-World Hypersaline Environments through Vermiculite-Based Hetero-Nanochannels”)的最新研究。該研究也是繼團隊2020年在《自然-通訊》發表相關研究成果后,再次在膜分離領域取得的新突破。

      論文第一作者為西安建筑科技大學王琎教授,通訊作者為膜分離團隊帶頭人王磊教授、王琎教授和蘇州大學周柯教授。碩士研究生崔崢、博士研究生李尚真等人為該研究作出了重要貢獻,西安建筑科技大學為論文的第一完成單位。該研究工作得到了國家重點研發計劃等基金的資助,陜西省環境工程重點實驗室、陜西省膜分離技術重點實驗室、學校分析測試中心以及國家超算西安中心建大分中心也為研究開展給予了重要支持。

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      實現碳達峰碳中和,是中國對世界的莊嚴承諾,也是中國貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的內在要求。為實現“雙碳”目標,提高新能源和清潔能源的占比,開發綠色新型能源以替代高碳能源已成為一項重要課題。近年來,蘊藏于海水、鹵水和高鹽工業廢水等自然與工業資源中“藍色能源”——滲透能,因其儲量大、可再生等特點,受到了研究者的廣泛關注,具有離子分離特性的功能薄膜是滲透能回收的關鍵。然而,在實際滲透能的回收過程中,水體的高鹽濃度往往導致分離膜的離子選擇性和擴散性發生大幅下降,從而嚴重制約了該項技術的應用與推廣。

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      蛭石納米通道膜


      針對上述問題,膜分離團隊開發了基于二維蛭石納米材料的異質納米通道膜,通過獨特的結構設計,實現了“初步富集+二次分離”的離子輸運過程。得益于此,即使在高濃度鹽度為5M(鹽度梯度為500倍)的極端條件下,蛭石納米通道膜仍表現出高效穩定的滲透能回收性能,輸出功率密度(Pmax)可達到33.76W/㎡ 。為了進一步證明該體系在實際高鹽環境滲透能收集場景中的應用性能,團隊選用多種青海當地的實際鹽湖鹵水進行了驗證,并獲得了最高25.9W/㎡的功率密度。該工作展現了在實際高鹽鹵水、工業廢水中實現滲透能有效收集的潛力,對于可持續能源的發展具有重要的意義。

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      “初步富集+二次分離”分離機制示意圖

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      分子動力學模擬離子在蛭石納米通道內的輸運過程

      我院團隊長期專注于離子分離領域的基礎研究以及海水、鹽湖、工業廢水中的資源與能量回收的實際應用。2023年,團隊圍繞環境廢棄物有價資源回收、離子精準分離、鹽差能回收和分離膜污染防控等方面開展大量基礎研究工作,在Energy & Environmental Science(back cover,影響因子32.5)、Angewandte Chemie International Edition(影響因子16.6)、Advanced Functional Materials(影響因子19.0)等國際頂級期刊共發表SCI 論文30篇,總影響因子達288.1。


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